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LA CHAÎNE DE VALEUR SOLAIRE

Avant qu’un panneau solaire puisse convertir la lumière du soleil en électricité, il doit subir un processus de production en plusieurs étapes. Tout d’abord, le silicium doit être extrait du sable, qui est ensuite fondu et mis en forme de blocs ou « lingots », qui sont découpés à leur tour en tranches d’une épaisseur quelques millimètres, les wafers. À l’étape suivante, ces derniers sont enduits d’une couche spéciale pour produire des cellules photovoltaïques, qui sont ensuite assemblées pour former des panneaux solaires.


Le silicium

Deuxième élément le plus fréquent dans l’écorce terrestre, la disponibilité du silicium est presque illimitée. Dans la nature il apparaît exclusivement en tant qu’oxyde, soit sous la forme de dioxyde de silicium, soit en tant que minéraux contenant du silicium. Ainsi, le sable et le quartz sont principalement constitués de dioxyde de silicium. À l’échelle industrielle, le silicium élémentaire est produit par la réduction de dioxyde de silicium avec du carbone dans un four à des températures d’environ 2 000 °C. Pour la production de cellules solaires, le silicium brut doit être davantage purifié afin de devenir du silicium solaire.


Wafers solaires

Lors d’une deuxième étape de travail, les wafers solaires sont fabriqués à partir du silicium solaire. À cette fin, le silicium est fondu à une température de plus de 1 400 °C et coulé en blocs ou en lingots. Au cours du processus de fusion, soit le procédé monocristallin, soit le procédé polycristallin peuvent être utilisés. Lors de la fabrication de wafers monocristallins, un cristal unique est tiré de la matière fondue de silicium. Dans le processus polycristallin, le silicium fondu se solidifie et des milliers de cristaux se forment en un seul bloc. Les blocs sont ensuite divisés en colonnes à section carrée, à partir desquelles des wafers ultrafins sont découpés avec un fil de fer spécifique ou par laser.


Les cellules photovoltaïques

L’usinage et le revêtement de leurs surfaces transforment les wafers en cellules photovoltaïques. Les cellules disposent désormais de toutes les propriétés techniques nécessaires pour convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Elles constituent l’élément fondamental d’un panneau solaire. Une cellule photovoltaïque se compose de deux couches de silicium. Un champ électrique est formé au niveau des interfaces des deux couches. Des processus physiques déclenchés par lumière incidente ont pour effet de faire circuler l’énergie électrique entre les contacts métalliques qui ont été fixés sur ces couches de silicium. De nos jours, le degré moyen d’efficacité des cellules solaires, c’est-à-dire leur capacité à convertir l’énergie solaire en énergie électrique, s’élève à environ 18%


Les panneaux solaires

Lors de la dernière étape du processus, les cellules photovoltaïques sont combinées en panneaux solaires. Les panneaux photovoltaïques sont le produit solaire final, prêt pour la production d’énergie électrique solaire. Ils sont encastrés et encapsulés pour être à l’épreuve des intempéries. À l’intérieur des panneaux, la lumière du soleil est convertie en énergie électrique. On fait une distinction entre les panneaux monocristallins et polycristallins. Les panneaux photovoltaïques faits de cellules solaires monocristallines sont plus efficaces, ils sont donc particulièrement adaptés pour les surfaces de toiture réduites.



Les systèmes photovoltaïques

Les systèmes photovoltaïques convertissent le spectre électromagnétique de la lumière du soleil directement en courant électrique. Les éléments de base sont les cellules solaires qui à leur tour sont combinées en panneaux. Le bombardement de photons par lumière incidente provoque une séparation des charges positives et négatives. Si une liaison conductrice d’électricité est établie entre les zones de charge, le courant passe. Selon la taille et le type de système, les panneaux solaires individuels sont interconnectés en ligne en ce qu’on appelle des « strings ». En conséquence, les tensions de chaque panneau s’additionnent. Les panneaux solaires sont, en règle générale, montés sur une sous-structure qui aligne parfaitement les panneaux avec le soleil de manière à ce qu’un rendement énergétique constant ou le plus élevé possible soit obtenu au cours de l’année. La sous-structure peut également être conçue pour suivre le soleil afin d’optimiser le rendement énergétique. Par l’intermédiaire d’un onduleur, le courant continu est transformé en courant alternatif, puis injecté dans le réseau public, ou directement consommé sur place.


Les formes de systèmes photovoltaïques


  • Le système pour toitures résidentielles

La forme la plus fréquente de système photovoltaïque est le système installé sur le toit d’une propriété privée dont le bâtiment existant comporte la structure adaptée au système photovoltaïque. Dans le même temps, l’inclinaison du toit permet d’optimiser l’alignement du système photovoltaïque qui devrait autrement être obtenu par l’intermédiaire de mesures complémentaires appropriées. L’exploitant du système peut vendre et injecter l’électricité dans le réseau national ou bien la consommer lui-même. En général, avec un système photovoltaïque de 5 kWc, correspondant à plus ou moins 40 à 50 mètres carrés de la toiture, vous êtes capable de produire de l’électricité répondant aux besoins d’un ménage moyen de l’UE.


  • Le système complètement intégré

Un système complètement intégré consiste en un système photovoltaïque qui remplace des parties de l’enceinte extérieure du bâtiment, c’est-à-dire du revêtement de façade et de la couverture du toit. L’avantage est ici que la mise en place des éléments du toit et de la façade, de toute façon nécessaires, sont adaptés aux éléments du système photovoltaïque. En outre, des raisons esthétiques sont également citées en faveur de cette approche de construction, car souvent les éléments adaptés aux couleurs des toitures classiques sont visuellement plus discrets que les systèmes habituels installés sur le toit. Là encore, l’électricité est soit injectée dans le réseau public soit consommée directement sur place.


  • Les systèmes pour toitures industrielles

Les systèmes pour toitures industrielles ou commerciales sont généralement de plus grandes installations photovoltaïques positionnées sur des bâtiments industriels ou commerciaux, comme les entrepôts ou les salles de réfrigération. Comme la plupart des toits industriels sont plats, ces systèmes nécessitent une technologie d’assemblage de châssis grâce à laquelle ils peuvent être alignés de manière optimale avec le soleil. Souvent, l’électricité produite de cette manière est consommée sur place par l’exploitant du bâtiment industriel. Toutefois, il n’est pas inhabituel que cette électricité soit elle aussi injectée dans le réseau national.


  • Les systèmes en champ libre

Par système en champ libre, nous entendons un système photovoltaïque qui n’est pas monté sur un bâtiment, mais sur le terrain d’un champ libre. Un système en champ libre peut être une installation fixe dans laquelle une sous-structure est utilisée pour aligner les panneaux photovoltaïques selon un certain angle vers le soleil. En plus des installations fixes de systèmes en champ libre, il existe également les systèmes dits orienteurs qui tracent (c’est-à-dire suivent) la position du soleil. Les systèmes en champ libre sont fréquemment de grandes installations dont la production s’inscrit dans une plage de mégawatts à plusieurs chiffres. Leurs exploitants agissent bien souvent à titre de services publics professionnels. Il peut aussi arriver que les systèmes en champ libre soient mis en place pour fournir l’énergie à une entreprise industrielle. Dans ce cas, le propriétaire de celle-ci et l’exploitant du système en champ libre concluent un contrat individuel relatif à l’achat de l’électricité produite.